一种无线通信中的互补编码键控调制方法

摘要

本发明提出的一种无线通信中的互补编码键控调制方法，属于无线通信的技术领域。在无线通信的互补编码键控调制中，用零相关窗口码族生成抽象码组；设无线通信中的互补编码键控调制码为C

说明书

技术领域    本发明涉及一种无线通信中的互补编码键控调制方法，属于无线通信技术领域。

背景技术    大多数无线局域网的异步通信中，当两个终端同时向基站或者其他终端发送信息时，势必要产生冲突，最后导致发送信息失败。主要的原因是因为它们彼此之间使用相同频率和相同码型，并没有采用任何正交的方法区分用户，当接收端收到信号时，便分不清是谁发送的，而且不同用户间存在严重的用户间干扰和多径干扰，限制了无线局域网中信息传输的速率。特别是IEEE802.11，这一现在很流行的无线局域网协议中，由于其媒体接入控制(MAC)采用的是所谓的冲突避免策略，事实上导致了竞争和冲突几乎不可避免。

发明内容    本发明的目的是提出一种无线通信中的互补编码键控调制方法，用零相关窗口码族增强CCK这一调制方式，当无线局域网工作在准同步的时候，使不同用户发送数据时不会发生冲突，以保证用户的数据传输率和网络的吞吐量。

本发明提出的一种无线通信中的互补编码键控调制方法，包括如下步骤：

(1)在无线通信的互补编码键控调制中，用零相关窗口码族生成抽象码组{A₁，A₂，...，A_M}，其中M是正整数；

(2)设无线通信中的互补编码键控调制码为C_i， $>>>C>i>>=>\{>>c>1>isup>>,>>c>2>isup>>,>.>.>.>,>>c>8>isup>>\}>,>>>i＝1，..，256将其与上述抽象码组中的A$_k进行“非周期自相关运算”或卷积运算，k∈1..M，得到C_i*A_k，“*”表示非周期自相关运算或卷积运算；

(3)对接收到的信号C_i*A_k进行匹配滤波，得到 $>>>C>i>>*>>A>k>>*ver>>>A>k>>‾>>=>>C>i>>,>>>然后对C$_i进行译码。

上述方法中的零相关窗口码族为：互补码族或三零相关窗口码族。

由上述互补码族生成抽象码组的方法为：在互补码族的每组码之间填入7个以上的零，形成相应的抽象码组{A₁，A₂，...，A_M}。

本发明中得到三零相关窗口码族的方法包括以下步骤：

(1)将无线通信扩频中的短码组生成长码组：

设短码组为 $>>>S>1>>(>0>)>sup>>=>\{>1>\}>>>或\{-1\}，$ >>>S>2>>(>0>)>sup>>=>\{>1>\}>>>或$ >>>S>2>>(>0>)>sup>>=>\{>->1>\}>>>$$$

对上述短码组进行m次迭代得到长码组： $>>>S>1>>(>m>)>sup>>=>>S>1>>(>m>->1>)>sup>>·>ver>>>S>2>>(>m>->1>)>sup>>‾>>>>$ >>>S>2>>(>m>)>sup>>=>>S>2>>(>m>->1>)>sup>>>·>-ver>>>S>1>>(>m>->1>)>sup>>‾>>>>$$

上式中，S表示将码S进行“倒序“操作，-S表示将码S中的各个元素“反号”，即1变-1，-1变1，S₁·S₂表示将码S₁和S₁级联，即把S₂连到S₁的后面；

(2)对长码组迭代得到“生成矩阵Δ⁽ⁿ⁾”：

将上述长码组写成一个矩阵： $>{}^{}>=>\begin{array}{}>>>>S>1>>(>m>)>sup>>>ver>>>S>2>>(>m>)>sup>>‾>>>>>>>S>2>>(>m>)>sup>>>>-ver>>>S>1>>(>m>)>sup>>‾>>>\end{array}>>>>$

对上述矩阵进行n次迭代，得到生成矩阵Δ⁽ⁿ⁾：

其中-Δ表示将Δ中的所有元素反号，表示将矩阵Δ₁和矩阵Δ₂按元素级联：

(3)对上述生成矩阵Δ⁽ⁿ⁾进行分割，得到带有“耳窗”的三零相关窗口码族。

由上述三零相关窗口码族生成抽象码组的方法为：

设三零相关窗口码族的每个码组中码的个数为大于2的任何一个正整数C，将C个码放在C个不同的信道中传输，每个码组即为抽象码组{A₁，A₂，...，A_M}中的一个码。

本发明提出的一种无线通信中的互补编码键控调制方法，结合了零相关窗口编码，流水线编码，多进制调制等多种方法。在调制技术中引入正交量，从而很好地解决了多用户干扰问题。如果应用在无线局域网中，则可在物理层上实现多用户无冲突地发送数据，大大提高用户的数据传输率和无线局域网的吞吐量。

附图说明

图1是三零相关窗口码族和互补码族的非周期自相关和互相关函数示意图。其中，(a)为三零相关窗口码族的非周期自相关函数和互相关函数示意图，(b)为互补码族的非周期自相关函数和互相关函数的示意图。

图2本发明中的互补编码键控调制方法示意图。

图3是本发明中用互补码生成“抽象码组”的方法。

图4是本发明中用互补码生成“抽象码组”的举例。

图5是图4中举例生成的“抽象码族”的非周期自相关函数和互相关函数示意。其中，图(a)为图4中A₁的自相关特性示意图，图(b)为图4中A₁和A₂的互相关特性示意图。

图6是本发明中用三零相关窗口码族生成“抽象码组”的方法。图(a)为三零相关窗口码族的表示，图(b)为各个码组调制到相应频率的示意图。

图7是本发明中用三零相关窗口码族生成“抽象码组”的举例。

图8是图7种举例生成的“抽象码族”的非周期自相关函数和互相关函数示意。其中，图(a)是图7中码对S_1，1和S_1，2的自相关函数特性示意图，图(b)是图7中码对S_1，1/S_1，2和S_2，1/S_2，2的互相关函数特性图像示意图。

具体实施方式

本发明提出的无线通信中的互补编码键控调制方法，首先在无线通信的互补编码键控调制中，用零相关窗口码族生成抽象码组{A₁，A₂，...，A_M}，其中M是正整数；设无线通信中的互补编码键控调制码为C_i， $>>>C>i>>=>\{>>c>1>isup>>,>>c>2>isup>>,>.>.>.>,>>c>8>isup>>\}>,>>>i＝1，..，256将其与上述抽象码组中的A$_k进行“非周期自相关运算”或卷积运算，k∈1..M，得到C_i*A_k，“*”表示非周期自相关运算或卷积运算；对接收到的信号C_i*A_k进行匹配滤波，得到 $>>>C>i>>*>>A>k>>*ver>>>A>k>>‾>>=>>C>i>>,>>>然后对C$_i进行译码。

上述方法中的零相关窗口码族为：互补码族或三零相关窗口码族。由上述互补码族生成抽象码组的方法为：在互补码族的每组码之间填入7个以上的零，形成相应的抽象码组{A₁，A₂，...，A_M}。

本发明中得到三零相关窗口码族的方法包括以下步骤：

(1)将无线通信扩频中的短码组生成长码组：

设短码组为 $>>>S>1>>(>0>)>sup>>=>\{>1>\}>>>或\{-1\}，$ >>>S>2>>(>0>)>sup>>=>\{>1>\}>>>或$ >>>S>2>>(>0>)>sup>>=>\{>->1>\}>>>$$$

对上述短码组进行m次迭代得到长码组： $>>>S>1>>(>m>)>sup>>=>>S>1>>(>m>->1>)>sup>>·>ver>>>S>2>>(>m>->1>)>sup>>‾>>>>$ >>>S>2>>(>m>)>sup>>=>>S>2>>(>m>->1>)>sup>>·>-ver>>>S>1>>(>m>->1>)>sup>>‾>>>>$$

上式中，S表示将码S进行“倒序“操作，-S表示将码S中的各个元素“反号”，即1变-1，-1变1，S₁·S₂表示将码S₁和S₂级联，即把S₂连到S₁的后面；

(2)对长码组迭代得到“生成矩阵Δ⁽ⁿ⁾”：

将上述长码组写成一个矩阵： $>{}^{}>=>\begin{array}{}>>>>S>1>>(>m>)>sup>>>ver>>>S>2>>(>m>)>sup>>‾>>>>>>>S>2>>(>m>)>sup>>>>-ver>>>S>1>>(>m>)>sup>>‾>>>\end{array}>>>>$

对上述矩阵进行n次迭代，得到生成矩阵Δ⁽ⁿ⁾：

其中-Δ表示将Δ中的所有元素反号，表示将矩阵Δ₁和矩阵Δ₂按元素级联；

(3)对上述生成矩阵Δ⁽ⁿ⁾进行分割，得到带有“耳窗”的三零相关窗口码族。

由上述三零相关窗口码族生成抽象码组的方法为：三零相关窗口码族的每个码组中码的个数为大于2的任何一个正整数C，将C个码放在C个不同的信道中传输，每个码组即为抽象码组{A₁，A₂，...，A_M}中的一个码。

IEEE802.11的物理层，在高速传输(5.5Mbps和11Mbps)时，采用的是互补编码键控调制(以下简称CCK)方式，也就是互补键控的方式。其实，CCK实质上是一种M进制调制，采用互补码为调制码型，利用互补码“码空间“的特点，来得到抗多径干扰的增益。虽然采用CCK提高了传输速率(从2Mbps提高到5.5Mbps和11Mbps)，但是当冲突发生时，传输率一样会迅速下降。

在IEEE802.11b中，当传输速率是5.5Mbps和11Mbps采用的是CCK调制技术，其定义如下

$>>c>=>\{>>c>1>>,>>c>2>>,>>c>3>>,>>c>4>>,>>c>5>>,>>c>6>>,>>c>7>>,>>c>8>>\}>>>$

上式中，c是待发送的码字，_₁，_₂，_₃，_₄由用户数据符号d＝{d₁，d₂，...，d₈}决定，规则如下表所示。

        表1

    __i    d_2i，d_2i+1    (i＝1，...，4)  (i＝1，...，4)    0    00    π/2    01    π    10    -π/2    11

在本发明方法中，采用“三零相关窗口码族”和“互补码族”用以生成抽象码组。“三零相关窗口码族”和“互补码族”的三零相关窗口码族的非周期自相关函数和非周期互相关函数图像如图1所示，其中均存在三个零相关窗口。中间一个，两边各一个。当三零相关窗口码族的相关窗口长度增达到极限，“三零相关窗口码族”退化为“互补码族”。

下面说明增强型CCK调制的方法。

正像前面所说的那样，改造802.11b中的CCK调制，基本的思想就是要引进某种正交的技术。本发明采用零相关窗口码族(包括互补码族)构成“抽象码组”，增强CCK调制

为了能简单的说明，本发明引入一个抽象码组的概念，设这样的一组码{A₁，A₂，...，A_M}为“抽象码组”，其中码的非周期自相关函数R(A_i)和非周期互相关函数C(A_i，A_j)(i≠j)具有和图1中一样的零相关窗口，设零相关窗口的尺寸大于等于7，则CCK码表示如下： $>>>C>i>>=>\{>>c>1>isup>>,>>c>2>isup>>,>.>.>.>,>>c>8>isup>>\}>,>>>i＝1，..，256$

对于用户k，在发送端将C_i发射出去以前，做如下的运算C_i*A_k，“*”表示非周期自相关运算。在接受端，先让接受到的数据通过码A_k的匹配滤波器如果在传输中没有错误的话， $>>>C>i>>*>>A>k>>*ver>>>A>k>>‾>>=>>C>i>>.>>>在这之后，C$_i被送往译码电路进行快速Walsh译码。

如果这时候还存在用户j，则其传输的码字为C_i*A_j，用户k的接受端的匹配滤波器的输出为 $>>>C>i>>*>>A>j>>*ver>>>A>k>>‾>>=>\{>x>,>.>.>.>,>x>,>0,0,0,0,0,0,0,0>,>x>,>.>.>.>,>x>\}>,>>>这样的输出对用户k不会构成干扰。$

C_i*A_k的结构请参见图2，因为 $>>>C>i>>=>\{>>c>1>isup>>,>>c>2>isup>>,>.>.>.>,>>c>8>isup>>\}>,>>>i＝1，...256，所以C$_i*A_k是由c₁ⁱ～c₈ⁱ和A_k相乘后错位相加的结果。

从上面对图的说明，介绍了本发明中的互补编码键控调制的原理。通过简单的相关运算，将带有三个零相关窗口的码族和CCK调节结合在了一起，为CCK调制引入了一种正交结构。下面，重点说明怎样通过带有三个零相关窗口码族构造“抽象码组“{A₁，A₂，...，A_M}。其实，{A₁，A₂，...，A_M}是就是一种理想的三零相关窗口码族。

方法一：采用“完全互补码族”构造产生“抽象码组”A_i：

如前文所述，当零相关窗口的大小等于码长度一半时，即L＝N/2的时候，带有“耳窗”的三零相关窗口码族将退化为“完全互补码族”。请参见图3，在每组码之间填入7个零(也可以更多)，形成相应的“抽象码组”{A₁，A₂，...，A_M}。

例如，参见图4，为2个用户构造只有两个码{A₁，A₂}的集合，

首先，找到所需的完全互补码族

S_1，1＝(++-+---+)，S_1，2＝(+----+--)

S_2，1＝(--+----+)，S_2，2＝(-+++-+--)

其中，“+”表示“1”，“-”表示“-1”

之后，采用间隔地插入零的方法得到{A₁，A₂}如下：

++-+---+0000000+----+--0000000A₁--+----+0000000-+++-+--0000000A₂

{A₁，A₂)的相关特性参见图5，从图中可以清晰地看见三个零相关窗口。

方法二：用带有“耳窗“的三零相关窗口码族构成A_i，以码组中的码的个数为2时进行说明。

首先说明带有“耳窗”的三零相关窗口码族的编码方法，首先将无线通信扩频中的短码组生成长码组：设短码组为 $>>>S>1>>(>0>)>sup>>=>\{>1>\}>>>或\{-1\}，$ >>>S>2>>(>0>)>sup>>=>\{>1>\}>>>或$ >>>S>2>>(>0>)>sup>>=>\{>->1>\}>>>$$$

对上述短码组进行m次迭代得到长码组： $>>>S>1>>(>m>)>sup>>=>>S>1>>(>m>->1>)>sup>>·>ver>>>S>2>>(>m>->1>)>sup>>‾>>>>$ >>>S>2>>(>m>)>sup>>=>>S>2>>(>m>->1>)>sup>>·>>-ver>>>S>1>>(>m>->1>)>sup>>‾>>>>$$

上式中，S表示将码S进行“倒序“操作，-S表示将码S中的各个元素“反号”，即1变-1，-1变1，S₁·S₂表示将码S₁和S₂级联，即把S₂连到S₁的后面；对长码组迭代得到“生成矩阵Δ⁽ⁿ⁾”：

将上述长码组写成一个矩阵： $>{}^{}>=>\begin{array}{}>>>>S>1>>(>m>)>sup>>>ver>>>S>2>>(>m>)>sup>>‾>>>>>>>S>2>>(>m>)>sup>>>>-ver>>>S>1>>(>m>)>sup>>‾>>>\end{array}>>>>$

对上述矩阵进行n次迭代，得到生成矩阵Δ⁽ⁿ⁾：

其中-Δ表示将Δ中的所有元素反号，表示将矩阵Δ₁和矩阵Δ₂按元素级联；

最后对上述生成矩阵Δ⁽ⁿ⁾进行分割，得到带有“耳窗”的三零相关窗口码族。

上述对“生成矩阵Δ⁽ⁿ⁾”进行分割的方法有三种：

第一种方法是将生成矩阵Δ⁽ⁿ⁾的每一行设为一个码，则从首行开始，依次每相邻两行构成一个码组，所有码组构成一个带有“耳窗”的三零相关窗口码族。

第二种方法是将生成矩阵Δ⁽ⁿ⁾截为左、右对称的两个的两部分，将每一行的左、右部分各设为一个码，每一行的左、右两部分的两个码构成一个码组，所有码组构成一个带有“耳窗”的三零相关窗口码族。

第三种方法是将生成矩阵Δ⁽ⁿ⁾截为左、右对称的两部分，从中任取一部分，将截取的部分再次分为左、右对称的两部分，将每一行的左、右部分各设为一个码，每一行的左、右两部分的两个码构成一个码组，所有码组构成一个带有“耳窗”的三零相关窗口码族。

请参见图6，若码组中码的个数为2时，带有“耳窗“的三零相关窗口码族退化为“码对”，如下式所示。

在利用码对的时候，必须将码对中的两个码放在不同的信道中进行传输。所以这样的通信系统需要两个信道。例如，如果采用频分，构造的格式参见图6(b)，码S_i，1和S_i，2将分别调制到不同的频率f₁和f₂上。在接收端，则必须将它们再分别从不同的频率上解调下来。

同样举例说明，参见图7，采用类型为E(32，4，11)的带有“耳窗“的三零相关窗口码对。共有4对，码长为32，零相关窗口大小为11(大于7)。

它们的相关特性参见图8，也可以清晰地看见三个零相关窗口。

当然，也可以不局限于码对，而是利用码族，这时，信道的数目必须和码组的数目一样。比如码组为S_i，1～S_i，M如果采用频分，则须频率点f₁～f_M。

本发明方法中，基本编码不一定局限于一个码，它还可以是一个码组或码族。只要其相关函数呈现出零相关窗口。基本编码之间在零相关窗口处存在正交性。基本编码并不局限于2元码或含有零的3元码，还可以是多元多相码。基本码与CCK码的卷积和非周期自相关都可以采用任何一种多进制调制。

本发明的方法可以用于导频码和抗多径干扰。

多径干扰一直是无线通信的大敌。在IEEE802.11b中，采用CCK调制，是依靠互补码本身码空间的特性来多径的，一般采用rake接受，集中不同的各个路径上信号的能量。在本发明的互补编码键控调制中，也是采用CCK本身的码空间来对抗多径的。但是，也可以采用导频的方法将多径加以利用。

例如，{A₁，A₂，...，A_M}中，让A₁充当导频码，因为它本身具有零相关窗口，因此可以将多径的情况，完全测出来(如果多径延迟小于零相关窗口尺寸)。只要我们掌握了信道的情况，即使收到的数据信号(由{A₂，...，A_M}承载)因多径的存在发生了混跌，也可以采用多种已有的成熟的方法加以分离。